Bạn có bao giờ thắc mắc tại sao loài cú có thể xoay đầu đến 270 độ mà không hề hấn gì, trong khi con người chỉ vặn cổ sai một tư thế là đã gặp rắc rối lớn? Câu trả lời nằm ở những lớp cấu trúc giải phẫu cực kỳ thú vị! Nhưng hấp dẫn hơn cả, câu chuyện khoa học này chính là chủ đề của Daily Reading #24: Owl Secrets ngày hôm nay.
engonow.com
Bài đọc:
English:
It always appeared to fly in the face of logic. But now, the biological secrets that allow owls to rotate their heads without cutting off their blood supply have finally been unravelled. Scientists have discovered four major adaptations in owls designed to prevent injury when the animals rotate their overly large heads by up to 270 degrees.
The study found that the birds’ unique bone structures and vascular systems let them move with increased flexibility. Scientists at John Hopkins University School of Medicine in the US studied snowy, barred and great horned owls after their deaths from natural causes. They found that the vertebral artery enters the neck higher than in other birds, creating more slack. Unlike humans, owls were found to have small vessel connections between the carotid and vertebral arteries, allowing the blood to be exchanged between the two blood vessels. This creates an uninterrupted blood flow to the brain, even if one route is blocked during extreme neck rotation.
The adaptation gives the birds a huge range of vision without having to move their bodies and arouse detection by prey. The lack of similar adaptations in humans could explain why humans are more vulnerable to neck injury, the experts concluded. When humans attempt sudden and violent twists of their neck they risk damaging the lining of their blood vessels, which can result in a fatal blockage or stroke. Study senior investigator Doctor Philippe Gailloud, said: ‘Until now, brain imaging specialists like me who deal with human injuries caused by trauma to arteries in the head and neck have always been puzzled as to why rapid, twisting neck movements did not leave thousands of owls lying dead on the forest floor from stroke. ‘The carotid and vertebral arteries in the neck of most animals – including owls and humans – are very fragile and highly susceptible to even minor tears of the vessel lining.
To solve the puzzle, the researchers studied the bone and blood vessel structures in the heads and necks of the birds. An injectable contrast dye was used to highlight the birds’ blood vessels, which were then dissected, drawn and scanned to allow detailed analysis.
The most striking finding came after researchers injected dye into the owls’ arteries, mimicking blood flow, and manually turned the animals’ heads. They found that when they turned the heads, the blood vessels below the jaw bone expanded as more dye entered, creating pools of blood capable of maintaining the energy supply to the brain and eyes. They showed that the big carotid arteries, instead of being on the side of the neck as in humans, are carried close to the centre of rotation just in front of the spine. As a consequence, these arteries experience much less twisting and turning. The potential for damage is therefore greatly reduced. This contrasted starkly with human anatomical ability, where arteries generally tend to get smaller and smaller, and do not balloon out as they branch out. This creates the risk of clotting after sudden neck movements such as whiplash.
Researchers say these contractile blood reservoirs act as a trade-off, allowing birds to pool blood to meet the energy needs of their large brains and eyes, while they rotate their heads. The supporting vascular network, with its many interconnections and adaptations, helps minimise any interruption in blood flow. The study results demonstrate what physical properties are needed to allow such extreme head movements, and explain why injuries sustained from treatments that involve manipulating bones with the hands such as chiropractic therapy can have such serious consequences for humans. Dr Gailloud added: ‘Our new study results show precisely what morphological adaptations are needed to handle such head gyrations and why humans are so vulnerable to bone injury from chiropractic therapy. Extreme manipulations of the human head are really dangerous because we lack so many of the vessel-protecting features seen in owls.
Medical illustrator Fabian de Kok-Mercado said: ‘In humans, the vertebral artery really hugs the brains and eyes, while they rotate their heads. The supporting vascular network, with its many interconnections and adaptations, helps minimise any interruption in blood flow. The study results demonstrate what physical properties are needed to allow such extreme head movements, and explain why injuries sustained from treatments that involve manipulating bones with the hands such as chiropractic therapy can have such serious consequences for humans. Dr Gailloud added: ‘Our new study results show precisely what morphological adaptations are needed to handle such head gyrations and why humans are hollow cavities in the neck. But this is not the case in owls, whose structures are specially adapted to allow for greater arterial flexibility and movement.’ It is a powerful adaptive trait, but it is not unique. Plenty of birds have a similar ability to look behind them. Red tailed hawks for example are almost as flexible as their nocturnal cousins. ‘There are lots of advantages to being able to look over your shoulder and see something coming – if you’re trying to avoid predators or detect prey’, he added.
Vietnamese:
Điều này dường như luôn đi ngược lại với logic thông thường. Nhưng giờ đây, những bí mật sinh học cho phép loài cú xoay đầu mà không làm gián đoạn quá trình lưu thông máu cuối cùng đã được làm sáng tỏ. Các nhà khoa học đã khám phá ra bốn đặc điểm thích nghi chính ở loài cú, được thiết kế để giúp chúng tránh khỏi chấn thương khi xoay chiếc đầu quá khổ của mình lên tới 270 độ.
Nghiên cứu chỉ ra rằng cấu trúc xương và hệ mạch máu độc đáo của loài chim này cho phép chúng chuyển động với độ linh hoạt được gia tăng. Các nhà khoa học tại Trường Y thuộc Đại học Johns Hopkins (Mỹ) đã nghiên cứu những con cú tuyết, cú sọc và cú sừng lớn sau khi chúng qua đời vì nguyên nhân tự nhiên. Họ phát hiện ra rằng động mạch đốt sống đi vào vùng cổ ở vị trí cao hơn so với các loài chim khác, tạo ra độ chùng (không bị căng) lớn hơn. Khác với con người, loài cú được phát hiện có những mạch máu nhỏ kết nối giữa động mạch cảnh và động mạch đốt sống, cho phép máu luân chuyển qua lại giữa hai mạch máu này. Điều này tạo ra một dòng máu chảy liên tục lên não, ngay cả khi một đường dẫn bị tắc nghẽn trong quá trình xoay cổ tột độ.
Sự thích nghi này mang lại cho loài chim một tầm nhìn vô cùng bao quát mà không cần phải cử động cơ thể, tránh làm đánh động con mồi. Các chuyên gia kết luận, việc thiếu đi những đặc điểm thích nghi tương tự có thể giải thích lý do tại sao con người lại dễ bị chấn thương cổ hơn. Khi con người cố gắng vặn cổ đột ngột và mạnh bạo, họ có nguy cơ làm tổn thương lớp niêm mạc mạch máu, điều này có thể dẫn đến tắc nghẽn mạch máu hoặc đột quỵ gây tử vong. Bác sĩ Philippe Gailloud, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Cho đến tận bây giờ, những chuyên gia chẩn đoán hình ảnh não bộ như tôi – những người thường xử lý các ca chấn thương ở người do tổn thương động mạch vùng đầu và cổ – vẫn luôn thắc mắc tại sao những chuyển động xoay cổ nhanh và liên tục lại không khiến hàng ngàn con cú chết gục trên nền rừng vì đột quỵ. Động mạch cảnh và động mạch đốt sống ở cổ của hầu hết các loài động vật – bao gồm cả cú và con người – đều rất mỏng manh và cực kỳ dễ bị tổn thương, ngay cả với những vết rách rất nhỏ ở lớp niêm mạc mạch máu”.
Để giải mã câu đố này, các nhà nghiên cứu đã xem xét cấu trúc xương và mạch máu ở vùng đầu và cổ của loài chim. Một loại thuốc cản quang dạng tiêm đã được sử dụng để làm nổi bật các mạch máu của chim, sau đó chúng được giải phẫu, phác họa và quét chụp để phân tích chi tiết.
Phát hiện đáng chú ý nhất xuất hiện sau khi các nhà nghiên cứu tiêm thuốc nhuộm vào động mạch của cú, mô phỏng lưu lượng máu và tiến hành xoay đầu các con vật bằng tay. Họ phát hiện ra rằng khi xoay đầu, các mạch máu dưới xương hàm sẽ giãn nở ra khi có nhiều thuốc nhuộm đi vào hơn, tạo ra các “hồ chứa máu” có khả năng duy trì nguồn cung cấp năng lượng cho não và mắt. Họ chỉ ra rằng các động mạch cảnh lớn, thay vì nằm ở hai bên cổ như ở người, lại được đặt nằm sát với tâm quay, ngay phía trước cột sống. Nhờ vậy, các động mạch này ít bị xoắn và vặn hơn rất nhiều. Do đó, nguy cơ tổn thương cũng được giảm thiểu đáng kể. Điều này hoàn toàn trái ngược với khả năng giải phẫu ở người, nơi các động mạch thường có xu hướng ngày càng nhỏ dần và không phình to ra khi chúng phân nhánh. Chính điều này tạo ra nguy cơ hình thành cục máu đông sau những chuyển động cổ đột ngột (ví dụ như chấn thương gập ngửa cổ chấn động – whiplash).
Các nhà nghiên cứu cho biết những hồ chứa máu có khả năng co thắt này hoạt động như một sự đánh đổi, cho phép loài chim tích tụ máu để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho bộ não và đôi mắt lớn của chúng trong lúc xoay đầu. Mạng lưới mạch máu hỗ trợ, với nhiều sự kết nối chéo và đặc tính thích nghi, giúp giảm thiểu tối đa sự gián đoạn trong quá trình lưu thông máu. Kết quả nghiên cứu chứng minh những đặc tính vật lý nào là cần thiết để cho phép các chuyển động đầu khắc nghiệt như vậy, đồng thời giải thích tại sao những chấn thương do các phương pháp điều trị liên quan đến thao tác nắn chỉnh xương bằng tay (chẳng hạn như liệu pháp thần kinh cột sống – chiropractic) lại có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng đến vậy cho con người. Bác sĩ Gailloud nói thêm: “Kết quả nghiên cứu mới của chúng tôi chỉ ra chính xác những đặc điểm thích nghi hình thái học nào là cần thiết để xử lý các chuyển động xoay đầu như vậy, và tại sao con người lại quá dễ bị tổn thương xương từ liệu pháp thần kinh cột sống. Những thao tác nắn chỉnh tác động mạnh lên vùng đầu của con người thực sự rất nguy hiểm vì chúng ta thiếu đi quá nhiều các đặc điểm bảo vệ mạch máu giống như ở loài cú”.
Họa sĩ minh họa y khoa Fabian de Kok-Mercado cho biết: “Ở người, động mạch đốt sống thực sự ôm sát não và mắt, trong khi họ xoay đầu. Mạng lưới mạch máu hỗ trợ, với nhiều sự kết nối chéo và đặc tính thích nghi, giúp giảm thiểu tối đa sự gián đoạn trong quá trình lưu thông máu. Kết quả nghiên cứu chứng minh những đặc tính vật lý nào là cần thiết để cho phép các chuyển động đầu khắc nghiệt như vậy, đồng thời giải thích tại sao những chấn thương do các phương pháp điều trị liên quan đến thao tác nắn chỉnh xương bằng tay như liệu pháp thần kinh cột sống lại có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho con người. Bác sĩ Gailloud nói thêm: ‘Kết quả nghiên cứu mới của chúng tôi chỉ ra chính xác những đặc điểm thích nghi hình thái học nào là cần thiết để xử lý các chuyển động xoay đầu như vậy và tại sao con người lại là những khoang rỗng ở cổ. Nhưng điều này không đúng với loài cú, cấu trúc của chúng được đặc biệt thích nghi để cho phép sự linh hoạt và chuyển động của động mạch lớn hơn’”.
Đây là một đặc điểm thích nghi mạnh mẽ, nhưng nó không phải là duy nhất. Rất nhiều loài chim có khả năng tương tự để nhìn ra phía sau. Ví dụ như loài diều hâu đuôi đỏ, chúng cũng linh hoạt gần như những người anh em họ hàng hoạt động về đêm của mình. “Có rất nhiều lợi thế khi bạn có thể ngoái nhìn qua vai và thấy thứ gì đó đang lao tới – đặc biệt là nếu bạn đang cố gắng né tránh những kẻ săn mồi hoặc phát hiện con mồi”, ông chia sẻ thêm.
Từ vựng nổi bật:
- Adaptation /ˌæd.əpˈteɪ.ʃən/ (Danh từ): Sự thích nghi (về mặt sinh học)
- Anatomical /ˌæn.əˈtɒm.ɪ.kəl/ (Tính từ): Thuộc về giải phẫu học
- Arouse /əˈraʊz/ (Động từ): Đánh động, khơi dậy (arouse detection: đánh động sự chú ý)
- Blockage /ˈblɒk.ɪdʒ/ (Danh từ): Sự tắc nghẽn (mạch máu)
- Carotid /kəˈrɒt.ɪd/ (Tính từ): Thuộc động mạch cảnh (carotid arteries)
- Contractile /kənˈtræk.taɪl/ (Tính từ): Có khả năng co thắt
- Dissect /dɪˈsekt/ (Động từ): Giải phẫu, mổ xẻ
- Extreme /ɪkˈstriːm/ (Tính từ): Tột độ, khắc nghiệt (extreme rotation: xoay tột độ)
- Fatal /ˈfeɪ.təl/ (Tính từ): Gây tử vong, chí mạng
- Flexibility /ˌflek.səˈbɪl.ə.ti/ (Danh từ): Sự linh hoạt, độ mềm dẻo
- Fragile /ˈfrædʒ.aɪl/ (Tính từ): Mỏng manh, dễ tổn thương
- Gyration /dʒaɪˈreɪ.ʃən/ (Danh từ): Sự xoay tròn, chuyển động xoay (head gyrations)
- Manipulate /məˈnɪp.jə.leɪt/ (Động từ): Nắn bóp, thao tác bằng tay (manipulating bones)
- Mimic /ˈmɪm.ɪk/ (Động từ): Mô phỏng, bắt chước (mimicking blood flow)
- Morphological /ˌmɔː.fəˈlɒdʒ.ɪ.kəl/ (Tính từ): Thuộc về hình thái học
- Nocturnal /nɒkˈtɜː.nəl/ (Tính từ): Hoạt động về đêm (nocturnal cousins: các loài họ hàng về đêm)
- Striking /ˈstraɪ.kɪŋ/ (Tính từ): Đáng chú ý, nổi bật
- Susceptible /səˈsep.tə.bəl/ (Tính từ): Nhạy cảm, dễ bị ảnh hưởng/tổn thương
- Trauma /ˈtrɔː.mə/ (Danh từ): Chấn thương (về mặt y tế)
- Uninterrupted /ˌʌn.ɪn.tərˈʌp.tɪd/ (Tính từ): Không bị gián đoạn, liên tục
- Unravel /ʌnˈræv.əl/ (Động từ): Làm sáng tỏ, khám phá ra (unravel a secret)
- Vascular /ˈvæs.kjə.lər/ (Tính từ): Thuộc về mạch máu (vascular systems)
- Vertebral /ˈvɜː.tɪ.brəl/ (Tính từ): Thuộc về đốt sống (vertebral artery: động mạch đốt sống)
- Vulnerable /ˈvʌl.nər.ə.bəl/ (Tính từ): Yếu ớt, dễ bị tổn thương
- Whiplash /ˈwɪp.læʃ/ (Danh từ): Chấn thương cổ (do cổ bị gập hoặc ngửa đột ngột)
Nếu bạn đang tìm kiếm một địa chỉ học IELTS Bình Tân hoặc khu vực Quận 6 uy tín và chất lượng, đừng ngần ngại liên hệ ngay qua fanpage để trung tâm tư vấn lộ trình phù hợp nhất cho bạn nhé!
IELTS Master powered by Engonow
Enlighten Your Goal Now.
Quận 6 – Bình Tân, TP HCM / Online toàn cầu.
engonow.edu.vn
Xem thêm: Daily Reading #23: “Sculpture”
